昆虫水虻肠道微生物抑制人畜共患致病菌的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770136
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Hermertia illucens (L.), also named black soldier fly, can convert livestock and poultry manure efficiently. Larvae can be used for protein source feed and the manure residues can be used as organic fertilizer. This technology, turning waste into treasure, has a broad development prospects. Previous studies have found that the intestinal microbes of black soldier fly larvae can inhibited several common zoonosis pathogens in livestock and poultry manure, but the mechanism is unclear..In this study, the methods of high-throughput sequencing, efficient purification and antimicrobial detection of active substances were used to analyze the genome of intestinal microflora at different time in the conversion of pig manure from sterile black soldier fly larvae to determine the groups and abundance of microorganisms and the changes of key gene expression and its relationship with inhibition of pathogenic bacteria. To find out the key role of cultivable intestinal bacteria and active substances, revealing the direct mechanism of black soldier fly larvae intestinal microbial in pathogens inhibition.To obtain the intestinal bacteria which can stimulate intestinal immunity, the cultivable intestinal bacteria were added into the aseptic larvae and then analyze the transcriptome of different time of the larvae midgut immune gene. The metabolomics method will be used to obtain the new regulatory factor that can stimulate the immune gene dual oxidase gene DUOX. In the further work, silence of the key genes such as DUOX will be to determine the effect on the population, quantity of black soldier fly intestinal microbes and pathogen..It is the first and foremost to reveal the direct and indirect mechanism of the inhibition of the common zoonosis pathogens by the black soldier fly larvae intestinal microbes and provide theoretical basis for the application of intestinal probiotics in livestock and poultry breeding.
昆虫水虻能高效转化畜禽粪便,幼虫可作蛋白饲料,残渣可作有机肥,变废为宝,发展前景广阔。前期研究发现,水虻肠道微生物能清除畜禽粪便中几种常见人畜共患致病菌,但机制不清楚。本研究通过高通量测序、活性物质高效纯化和抗菌检测等技术,对建立的无菌水虻转化猪粪不同时间肠道微生物宏基因组进行分析,确定水虻肠道微生物类群、丰度和活性物质关键基因表达变化与抑制致病菌关系;找出抑制致病菌起关键作用的肠道微生物及活性物质,揭示水虻肠道微生物抑制致病菌直接机制;在无菌水虻中加体外培养的肠道菌,对不同时间水虻中肠免疫基因进行转录组分析,获得能激发水虻肠道免疫的肠道菌;利用代谢组学方法,获得能够激发免疫基因双氧化酶基因DUOX的新调节因子,进一步对水虻DUOX基因进行沉默,确定沉默后对水虻肠道菌种群、丰度和致病菌的影响。首次揭示水虻肠道菌抑制人畜共患致病菌的直接和间接机制,为肠道益生菌在畜禽养殖中的应用提供理论依据。

结项摘要

昆虫水虻能高效转化畜禽粪便,幼虫可作蛋白饲料,残渣可作有机肥,变废为宝。前期研究发现,水虻肠道微生物能清除畜禽粪便中几种常见人畜共患致病菌,但机制不清楚。本项目在前期研究的基础上进行了如下研究:1. 水虻肠道微生物抑制人畜共患致病菌的直接机制;2. 水虻肠道微生物抑制人畜共患致病菌的间接机制,在此基础上建立水虻肠道微生物与水虻免疫系统联合抑制人畜共患致病菌的模型。取得的创新性结果如下:1. 水虻幼虫转化能够消减猪粪中的人畜共患致病菌,例如金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌和志贺氏菌; 2. 对转化猪粪的水虻幼虫的肠道菌群进行多样性分析; 3. 从转化猪粪的水虻幼虫肠道中获得10株能够在离体条件和水虻幼虫体内稳定拮抗金黄色葡萄球菌的肠道微生物。其中拮抗效果最好的菌为B. velezensis D2406。B. velezensis D2406基因组中与抗菌相关的次生代谢物基因簇发现D2406菌株能够分泌或代谢出多种具有抗菌活性的天然产物,其中Fengycin、Macrolactins、Surfactin、Bacilysin和Paenibactin对S. aureus等革兰氏阳性菌具有强的抑制作用。这些次级代谢产物可能是水虻幼虫在转化猪粪过程中起抑制金黄色葡萄球菌的物质。.4. 发现2,5-二甲基吡嗪能够通过触杀和熏蒸作用显著抑制金黄色葡萄球菌等人畜共患致病菌。综上,发现抑制人畜共患致病菌的关键水虻肠道微生物B. velezensis D2406和活性物质2,5-二甲基吡嗪,揭示了水虻肠道微生物抑制人畜共患致病菌的直接机制。.5. 研究显示通过RNAi干扰水虻的免疫基因:Duox和TLR3,增加了水虻肠道微生物的丰度,但减少了与病原菌抑制相关的肠道有益菌Providencia 和Dysgonomonas的丰度,对人畜共患病原菌抑制减弱,推测这些肠道细菌通过激活免疫基因Duox和TLR3的表达,调节肠道微生物的组成和结构从而抑制病原菌,从而揭示水虻肠道微生物抑制人畜共患致病菌的间接机制。.在以上基础上建立了水虻肠道微生物与水虻免疫系统联合抑制人畜共患致病菌的模型,通过揭示水虻肠道微生物消除人畜共患致病菌的机制,对水虻和微生物联合无害化利用畜禽粪便等有机废弃物,保障人类健康具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Inhibition of Zoonotic Pathogens Naturally Found in Pig Manure by Black Soldier Fly Larvae and Their Intestine Bacteria.
黑水虻幼虫及其肠道细菌对猪粪中天然存在的人畜共患病原体的抑制作用
  • DOI:
    10.3390/insects13010066
  • 发表时间:
    2022-01-07
  • 期刊:
    Insects
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Elhag O;Zhang Y;Xiao X;Cai M;Zheng L;Jordan HR;Tomberlin JK;Huang F;Yu Z;Zhang J
  • 通讯作者:
    Zhang J
Black soldier fly: A new vista for livestock and poultry manure management
黑水虻:畜禽粪便管理新前景
  • DOI:
    10.1016/s2095-3119(20)63423-2
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Journal of Integrative Agriculture
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Zhang Jibin;Zhang Jia;Li Jiahui;Tomerlin Jeffery K;Xiao Xiaopeng;Rehman Kashifur;Cai Minmin;Zheng Longyu;Yu Ziniu
  • 通讯作者:
    Yu Ziniu
Structural and functional characterizations and heterogenous expression of the antimicrobial peptides, Hidefensins, from black soldier fly, Hermetia illucens (L.)
黑水虻 Hermetia illucens (L.) 抗菌肽 Hidefensins 的结构和功能特征以及异质表达
  • DOI:
    10.1016/j.pep.2021.106032
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Protein Expression and Purification
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Jingjing Zhang;Jiahui Li;Yuanzhi Peng;Xiaokun Gao;Qi Song;Hongyuan Zhang;Osama Elhag;Minmin Cai;Longyu Zheng;Ziniu Yu;Jibin Zhang
  • 通讯作者:
    Jibin Zhang
Dual oxidase Duox and Toll-like receptor 3 TLR3 in the Toll pathway suppress zoonotic pathogens through regulating the intestinal bacterial community homeostasis in Hermetia illucens L.
Toll 通路中的双氧化酶 Duox 和 Toll 样受体 3 TLR3 通过调节 Hermetia illucens L 的肠道细菌群落稳态来抑制人畜共患病原体。
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0225873
  • 发表时间:
    2020-04-30
  • 期刊:
    PLOS ONE
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Huang, Yaqing;Yu, Yongqiang;Zhang, Jibin
  • 通讯作者:
    Zhang, Jibin

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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